Eszik az akkumulátort a mobilfejlesztésben: mi ez, okai és a leküzdés módszerei

Mit jelent az, hogy „eszi az akkumulátort” a mobilalkalmazásokban?

Megnövekedett akkumulátor-fogyasztás — az az állapot, amikor egy mobilalkalmazás lényegesen több energiát fogyaszt, mint amennyi egy tipikus használati forgatókönyvben várható. A felhasználó észreveszi, hogy az eszköz az alkalmazás telepítése vagy frissítése után 20-30%-kal gyorsabban merül le, mint szokásosan.

A modern mobil operációs rendszerek — Android és iOS — beépített mechanizmusokkal rendelkeznek az energiafogyasztás szabályozására. Az Android a Battery Optimizationt, az iOS pedig a Background Modest használja. Az API-k helytelen használata azonban megkerülheti ezeket a mechanizmusokat.

A Purdue University kutatása (2021) szerint az alkalmazások kb. 60%-a nyilvánvaló szükség nélkül fogyaszt energiát háttérfeladatokra. Ez különösen jellemző a hirdetéseket, analitikát és állandó hálózati kapcsolatot használó alkalmazásokra.

Hogyan mérhető az akkumulátor-fogyasztás?

Az energiafogyasztást mA·h (milliamper-óra) egységben mérik. Az Android a BatteryManager API-n keresztül szolgáltat adatokat, amely nyomon követi az egyes komponensek fogyasztását: CPU, rádiómodul, GPS, kijelző és érzékelők.

val batteryManager = getSystemService(Context.BATTERY_SERVICE) as BatteryManager
val chargeCounter = batteryManager.getIntProperty(BatteryManager.BATTERY_PROPERTY_CHARGE_COUNTER)
val capacity = batteryManager.getIntProperty(BatteryManager.BATTERY_PROPERTY_CAPACITY)
// chargeCounter / capacity * 100 = aktuális töltési százalék

BatteryManager API lehetővé teszi az aktuális töltési százalék és az akkumulátor kapacitásának lekérését, de nem ad alkalmazásonkénti részletességet — ehhez rendszer-segédprogramok szükségesek.

A megnövekedett energiafogyasztás fő okai

WakeLock — a legveszélyesebb mechanizmus az akkumulátor számára. Ha egy alkalmazás a WakeLock-ot felszabadítás nélkül tartja, az eszköz nem megy alvó módba. Minden óra, amíg a WakeLock aktív, körülbelül 50-80 mA·h energiát fogyaszt.

Hálózati kérések csoportosítás nélkül — a második leggyakoribb ok. Minden alkalommal, amikor az alkalmazás hálózati kapcsolatot létesít, a rádiómodul energiatakarékos módból aktív módba vált. A gyakori rövid kérések 5 perc nál rövidebb időközönkként állandóan aktívan tartják a rádiómodult.

A GPS-helymeghatározás nagy pontossággal (GPS_PROVIDER) 10-15-ször több energiát fogyaszt, mint a közelő meghatározás (NETWORK_PROVIDER). A helyzet folyamatos frissítése a háttérben a felhasználók egyik fő panasza.

• Animációk és renderelés hardveres gyorsítás nélkül terhelik a GPU-t
• Érzékelők (gyorsulásmérő, giroszkóp) szükségtelenül a háttérben
• Bluetooth keresés magas frekvenciával történő eszközfelderítés
• Gyorsítótár nagy adatmennyiség SD-kártyára történő írása az akkumulátor állapotának figyelmen kívül hagyásával

Az Android Developers Blog szerint egy átlagos alkalmazás az eszköz teljes akkumulátor-fogyasztásának kb. 15%-át fogyasztja. Ennek a szintnek a túllépése kötelező energiaauditot igényel.

Hogyan diagnosztizálhatók az akkumulátorproblémák?

Battery Historian — a Google hivatalos eszköze az energiafogyasztás elemzéséhez. ADB-ből származó BatteryStats dump-ot fogad, és vizualizálja a fogyasztást komponensenként: CPU, Hálózat, GPS, WakeLock és kijelző.

A dump létrehozásához futtassa a parancsot: adb shell dumpsys batterystats. A 2-3 órányi normál használat során összegyűjtött adatok után betöltheti a jelentést a Battery Historian-ba elemzés céljából.

Android Energy Profiler az Android Studio-ban valós idejű energiafogyasztást követ nyomon. Megmutatja a CPU, Hálózat, GPS és kijelző fogyasztását az alkalmazás minden műveletéhez.

# Állítsa vissza az akkumulátor-statisztikákat a teszt előtt
adb shell dumpsys batterystats --reset

# Használja az alkalmazást 2-3 órán keresztül

# Exportálja a dump-ot a Battery Historian számára
adb shell dumpsys batterystats > batterystats_dump.txt

Elemzés iOS-ben

Az iOS esetében az Energy Log-ot használják az Xcode-on keresztül — Instruments. Modulonként bontva gyűjti az energiafogyasztási adatokat: CPU, Hálózat, GPU, Kijelző, Helymeghatározás. Olvasási idő: 15-30 perc egy munkamenet elemzéséhez.

Egy fizikai iOS-eszközön az energiafogyasztási statisztikák a Beállítások > Akkumulátor menüben is megjelennek. Ha az alkalmazás a top 10 fogyasztó közé tartozik — ez optimalizálási jelzés.

Az energiafogyasztás optimalizálásának módszerei

WorkManager — szabványos API háttérfeladatokhoz, amely figyelembe veszi az akkumulátor állapotát, a hálózatot és a Doze módot. Garantálja a feladat optimális körülmények közötti végrehajtását, nem azonnal, ami akár 40% energiát takarít meg a háttérműveleteknél.

val workRequest = OneTimeWorkRequestBuilder<SyncWorker>()
    .setConstraints(
        Constraints.Builder()
            .setRequiresCharging(true)
            .setRequiresBatteryNotLow(true)
            .setRequiresNetworkType(NetworkType.CONNECTED)
            .build()
    )
    .build()
WorkManager.getInstance(this).enqueue(workRequest)

Hálózati kérések csoportosítása

Kérések csoportosítása — több hálózati művelet egyetlen kommunikációs munkamenetbe történő egyesítése. 10 külön kérés helyett az alkalmazás egy csoportos kérést hajt végre, ami a rádiómodul aktív idejét 30 másodpercről 2-3 másodpercre csökkenti.

• Retrofit az OkHttp-val támogatja a csoportosítást Interceptor segítségével
• Firebase Cloud Messaging lehetővé teszi az értesítések egy munkamenetben történő egyesítését
• GraphQL — a REST helyettesítője, ahol egyetlen lekérdezés többet helyettesít

Helymeghatározzással kapcsolatos munka optimalizálása

FusedLocationProviderClient a Google Play Services-től a kívánt pontosságtól függően választja ki az optimális helyforrást. Háttérfeladatokhoz használja a PRIORITY_BALANCED_POWER_ACCURACY prioritást — ez 100 méteres pontosságot biztosít minimális akkumulátor-fogyasztás mellett.

iOS-ben a Continuous Location helyett használja a Significant Location Change-et. Ez lehetővé teszi a frissítések fogadását csak jelentős mozgás (több mint 500 méter) esetén, nem pedig néhány másodpercenként.

Eszközök az energiafogyasztás elemzéséhez

Android Battery Historian — a Google webeszköze a BatteryStats adatainak vizualizálására. Támogatja a dump-ok importálását, a komponensek színkódolását és a munkamenetek összehasonlítását. Fő metrikák: WakeLock-időtartam, rádiómodul-aktivitás, GPS-munkamenetek.

Xcode Energy Organizer energiafogyasztási adatokat gyűjt a éles felhasználóktól a TestFlight és az App Store segítségével. Jelentést kap az átlagos fogyasztásról különböző eszközökön és iOS-verziókon. Ez lehetővé teszi a regressziók nyomon követését frissítések után.

PerfDog (Tencent) — többplatformos teljesítménytesztelő eszköz, amely energiafogyasztási méréseket is tartalmaz. Támogatja az iOS-t és Androidot, lehetővé teszi a mutatók rögzítését 1-10 képkocka/másodperc frekvenciával.

Az Apple WWDC 2023 szerint az Energy Organiser használata lehetővé teszi az alkalmazások átlagos energiafogyasztásának 15-25%-kal történő csökkentését a regressziók azonosításával és kijavításával, mielőtt a frissítés megjelenne az App Store-ban.